核心提示： Gao， Qiuju Xing， Zeng， Liu， Zhi Gao， Suhua Liao， Zou（南昌航空大学环境与化学工程学院，江西省南昌市） 摘要： 使用正交测试对
高婷婷， 邢秋菊， 曾江宝， 刘建健， 高志， 廖素华， 邹建平
（南昌航空大学环境与化学工程学院，江西省南昌市）
摘要：通过正交试验对以铋盐和吡啶衍生物为主要成分的新型化学镀镍复合光亮剂的组成进行了优化，化学镀镍溶液的组成和工艺条件为：NiS04？6H20？25？g/L，？H20？28？g/L，？15？g/L，苹果酸6g/L，醋酸10？mL/L，乳酸10？mL/L，负载量1.0？dm2/L，pH？4.5~5.5,80~85？°C，20~30？min。增白剂的最佳组成为：Bi（N03）36 mg/L，呉嗤宁或邻苯二酚醛林2 mg/L，十二烷基磺酸钠2 mg/L，CuS04 5H20 2 mg/L。在化学镀镍溶液中加入新的复合光亮剂后，可以制备出具有几乎镜面亮度、耐腐蚀性和良好附着力的镍涂层。这种光亮剂的用量小，对镀层率影响不大（仍在20μm/h以上）。
关键词：化学镀镍; 光亮剂; 铋盐; 吡啶衍生物;电镀速度;亮度
中图分类号：TQ153.12 文件标记代码：A
1 引言
化学镍磷合金涂层性能良好，已广泛应用于化工、机械、航空航天等领域。然而，随着时代的发展，许多领域不仅要求化学镀镍产品功能更好，而且要求装饰性更高。因此，新型光亮剂的研究引起了化学镀研究人员的高度重视。镀镍光亮剂的发展经历了四个阶段：第一代是镉盐等无机光亮剂，第二代是丁炔二醇和糖精，第三代是丁炔二醇和环氧化合物的缩合物和糖精，第四代是作为一级光亮剂的中间化合物和软化剂的二次光亮剂。在目前已研制出的第四代光亮剂中，第二代光亮剂涂层质量较差，颜色偏向浅米色，而第三代光亮剂涂层光亮光滑，但出光速度慢，镀液不稳定。第四代光亮剂是目前主流的光亮剂，电镀液稳定，但仍未得到广泛应用。值得注意的是，上述光亮剂大多用于镀镍，关于化学镀用光亮剂的报道较少。本文研究了一种由金属盐和有机物组成的新型化学镀镍光亮剂，制备了全镜面光亮化学镀镍层，并研究了涂层的相关性能[1-3]。
2个实验
2.1 基材和预处理
以3 cm × 6 cm 45钢板为基体，预处理工艺如下：化学脱脂（/L，-12H20？25？g/L，NaOH？10？g/L，非离子表面活性剂7.5？g/L，75？°C，10~20？min）——蒸馏和水洗——活化[φ（HCl=？24%]）——蒸馏
洗涤。
2.2 电镀液的配方与工艺[4]。
2.3 性能测试
2.3.1 电镀速度
采用称量方法[5]，用电光分析天平[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]准确称量电镀前后的样品质量。
以下公式计算：
：
式中，v为电镀速度（？μm/h），mo和m为电镀前后样品的质量（g），ρ为镀层密度（本实验中，中磷镍层为电镀，故ρ为7.9g/cm3），A为样品的表面积（cm2）， T为电镀时间（h）。
2.3.2 耐腐蚀性
采用抗硝酸点蚀法：在室温下，将镀层试样的一半沿长度方向浸入浓硝酸中，另一半暴露在空气中，记录试样从浸泡到表面第一个变色点的时间。
2.3.3 附着力
参照GB/T？5270-2005《金属覆盖层电沉积层和化学沉积层在金属基材上的粘附强度试验方法综述》，采用弯曲法进行试验，试件反复弯曲，直至基体断裂，断口处的涂层不剥落，不脱落。
2.3.4 亮度
以光反射率为100%的镜子为基准，采用波长范围为600~800 nm的岛津UV-240紫外-可见分光度计[6]测量涂层的光反射率，并利用光反射率来表征涂层的亮度。
3 结果与讨论
3.1 复合光亮剂配方的优化
复合增白剂一般由无机盐、吡啶衍生物和表面活性剂组成[6]。本文选用Bi2（S04）3和Bi（N03）3作为无机盐，以硬碳酸盐（CAM）和菲咯啉为吡啶衍生物，以十二烷基磺酸钠（SDS）为化学镀表面活性剂。以双盐、十二烷基磺酸钠和吡啶衍生物为因素，以涂层的亮度为性能指标，按L9（34）的正交表进行正交试验，得到复合光亮剂的最优组合，结果见表1、表2。
从表1可以看出，复合光亮剂组合1的最优配方为：Bi（N03）36 mg/L，查尔贝酸2 mg/L，十二烷基磺酸钠2 mg/L。
从表2可以看出，复合光亮剂组合2的最优配方为：Bi2（S04）36 mg/L，菲罗啉2 mg/L，十二烷基磺酸钠2 mg/L。
Bi2（S04）3的溶解度不是很好，所以选择溶解度更好的Bi（N03）3。其他研究表明，硫酸铜可以帮助增加涂层的亮度[7]。表3显示了CuS04？5H20对化学镀镍层亮度的影响。添加2？mg/L？CuS04？5H20后，Ni涂层的光反射率（即亮度）增加，表明少量硫酸铜的存在确实有利于提高涂层的亮度。因此，复合光亮剂的最优配方是3和4的组合。
3.2 复合光亮剂对涂料性能的影响
根据以上分析，复合光亮剂的最佳组合如下
：
Bi（N03）36 mg/L，2 mg/L查尔酮或菲咯啉，2 mg/L十二烷基磺酸钠，CuS04？5H20？2 mg/L。 光亮剂一般影响化学镀镍的电镀速度和镀膜性能，因此研究了复合光亮剂3和4的最优组合对电镀速度和镀膜性能的影响。
3.2.1 外观
图la是将45钢在不加光亮剂的电镀液中电镀30 min后得到的Ni涂层表面照片，图lb和lc分别是在含复合光亮剂组合3和4的电镀液中将45钢电镀12 min后获得的Ni涂层表面照片。从图1可以看出，复合光亮剂可以显著提高涂层的亮度。在电镀液中加入复合光亮剂后，电镀层的光输出率明显加快，10~15分钟即可达到等待效果。
3.2.2 电镀速度
将45钢镀在含有L、2、3和4复合光亮剂和非光亮剂组合的化学镍镀液中，电镀速率分别为24.07、20.26、23.91、23.56和23.5 μm/h。由此可见，优化后的复合光亮剂对电镀速率影响不大，且对镍的沉积没有抑制作用，添加光亮剂后电镀速率仍保持在20 μm/h以上。此外，吡啶衍生物在作为光亮剂的氯臣酸中的镀层率（组合2和3）高于以菲咯啉作为吡啶衍生物的吡啶衍生物（组合1和4）的镀层率。
3.2.3 粘附力和耐腐蚀性
弯曲测试表明，所有涂层表面都没有剥落或剥落。硝酸点蚀试验表明，用含有最优组合光亮剂的镀液得到的Ni涂层的抗硝酸点蚀时间大于260？s。因此，从含有最优组合光亮剂的电镀液中得到的化学镍层，不仅具有高光泽外观，而且具有良好的附着力和耐腐蚀性，满足工业应用的基本要求。
4 结论
（1）复合光亮剂的最佳配方为：Bi（N03）36 mg/L、CuS04-5H20 2 mg/L、十二烷基磺酸钠2 mg/L、毛子酸或菲罗啉2 mg/L。在电镀液中加入复合光亮剂后，涂层的亮度明显提高，几乎达到镜面效果，具有良好的装饰性。
（2）在镀液中加入复合光亮剂后，镀层表面的光输出率加快，10~15min即可达到镜面效果，且光亮剂用量少，镀液性能稳定，镀层速度基本不受影响（仍保持在20μm/h以上）， 并且涂层具有良好的耐腐蚀性和附着力，满足工业应用的要求。
引用：
[1] 徐瑞东， 王俊利， 薛方勤， 等， 全亮化学镍磷合金新工艺[J] 电镀与精加工， 2003， 22？(4):?26-28.
[2] 郭贤牌，肖欣，易翔，等，低温酸性光亮化学镀镍[J]，腐蚀与防护，2000，？21？(4):?173-175．
[3]？H?P,?G,?奈克？Y，et al.？如？？对于锌合金？from？non-??浴[日].？？2007??,?30？(1):?57-63.
[4] 邹建平，中温酸性化学镀镍和磷合金工艺研究[D].昆明：昆明理工大学，2004
[5] 夏成宇， 酸性化学镀镍沉积速率研究[J]，材料保护， 1996， 29（1）： 4.7
[6]张天顺，张景秋.TL全亮化学镍磷合金技术研究[J].电镀与表面处理，2003，？22？(4):?22-25.
[7] 肖欣，秦浩，郭娴，等，化学镀镍、铜磷三元合金工艺研究[J]电镀与精加工， 2003， 22？(1):?15-18.